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L'appareil de chauffage perfectionne de la présente invention est destiné principalement au chauffage de l'eau aux endroits où le nanque de place exige un ensemble ramassé de faibles dimensions, par exemple dans les .autobus, les voitures de chemins de fer et les installations de chauffage portatives de diverses sortes.
Les efforts qui ont été faits jusqu'à;présent en vue de construire des appareils de chauffage convenant aux appli- cations précitées, n'ont pas donné de résultats complète- ment satisfaisants, pour une ou plusieurs des raisons suivantes:
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1) les appareils ne fonctionnent pas économiquement* à la fois à grand feu et à petit feu;
2) ils ne sont pas de forme suffisamment ramassée pour former un appareil de chauffage portatif;
3) leur construction est trop compliquée pour qu'on puisse les fabriquer économiquement par les procédés de fabrication en série;
4) ils ne possèdent pas la souplesse nécessaire à un grand nombre d'installations et il'n'existe pas de constructions assurant à la fois une forte turbulence dans la chambre de combustion et un contact intime entre les surfaces d'échange de chaleur et les gaz de combustion de façon à . obtenir un rendement thermique maximum.
Le principal objet de l'invention consista dans un appareil de chauffage à eau qui permet de remédier aux inconvénients précités, et qui, en raison des perfectionne- ments propres à l'invention, convient remarquablement aux applications précitées, ainsi qu'à d'autres qui sont évidentes d'après la description donnée ci-après.
Suivant l'invention, on obtient une surface de transmission de chaleur étendue en entourant la paroi de la chambre de combustion par une chambre d'eau annula ire qui s'étend sur toute la hauteur de cette chambre, et au moyen d'un élément d'échange de chaleur d'une nouvelle forme, qui comporte un grand nombre de chambres d'eau radiales, espacées entre lesquelles passent les gaz chauds en sortant de la chambre de combustion.
Les'parois latérales radiales de ces chambres d'eau ou cellules, sont en principe de forme plane, mais comportent, en des po'ints espacés, des portions en saillie vers l'intérieur qui viennent en contact avec des portions en saillie vers l'intérieur semblables d'une cellule adjacente, pour augmenter la ré- sistance et la rigidité de l'ensemble, ainsi que l'étendue
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de la surface balayée par les gaz chauds issus de la chambre de combustion, en augmentant ainsi le rendement thermique de l'ensemble de l'appareil.
Cette forme de construction est plus simple et se prête aux procédés de fabri cation en série du fait que la paroi de la chsmbre de combustion et l'élément d'échange de cha- leur constituent par eux-mêmes des ensembles distincts qui sont plus faciles à construire et confèrent à l'appareil une forme ramassée. De plus, cette forme de construction penmet de monter l'appareil de chauffage verticalement ou horizontalement, sans diminuer son rendement.
De même, la chambre de combustion est complètement fermée, sauf à une, extrémité où pénètrent le combustible et l'air et d'où sortent les gaz de la combustion, de sorte que le combus- tible entrantiles gaz sortant se mélangent en donnant lieu à une forte turbulence et, par suite, à un rendement élevé de la combustion dans une chambre de combustion relativement petite ,
Dans les dessins annexés qui représentent une forme de réalisation, choisie de préférence, de l'invention: . la fig. 1 est une coupe verticale passant sensiblement par l'axe de l'appareil de chauffage à eau chaude construit en application des principes de l'invention;
la fig. 2 est une vue en perspective, à plus grande échelle, de l'appereil de chauffage dont l'enveloppe evtérieure. est arrachée de façon à faire apparaître la nature de la boîte à feu et l'ensemble d'échange de chaleur; la fig. 3 montre, à plusgrande échelle, un huitième de l'appareil, en coupe partielle en principe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1; la fige 4 est une coupe en principe suivant la ligne 4-4 de l fig. 3 ; la fig. 5 estune coupe en principe suivant la ligne
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5-5 de'le, fig. 4; da fig. 6 est une coupe partielle en principe suivant la ligne 6-6 de la fig. 4, et la fig. 7 est une coupe partielle en principe suivant la ligne 7-7 de la fige 3.
Dans la tome de réalisation représentée en détail et en partioulier sur la fig. l, les perfectionnements de l'inven- tion sont-décrits en tent que s'appliquant à un appareil de chauffage à eau, nais cette application n'est choisie qu'à titre d'exemple.
Cet appareil peut évidemment servir à chauffer de l'huile et d'autres liquides ou des gaz. L'appa- reil de l'invention comporte, d'une manière générale, une enveloppe extérieure 10, de forme générale cylindrique, et une enveloppe intérieure coaxiale 11, qui délimite une chambre de combustion 43, et un ensemble'd'échangeur de chaleur 41, cette enveloppe 11 s'emboîtant coaxialement dans l'enveloppe 10 en formant ainsi un appareil de chauffage vertical.
L'enveloppe extérieure 10 comporte une plaque .inférieure circulaire ou fond 12 qui supporte un socle 13 en riatière réfractaire dont le bord est enfermé dans un élé- ment annulaire 14 en tonne de cuvette ouverte comportant un rebord circulaire vertical 15 à l'intérieur duquel l'extré- mité inférieure de la chambre de combustion et de l'ensemble de l'échangeur de chaleur 11 est centrée et repose sur le socle réfractaire 13, ainsi qu'il sera décrit ci-:,près.
Le fond inférieur circulaire 12 comporte un rebord périphé- rique, vertical, 16, à l'intérieur duquel s'emboîte le bord inférieur de la paroi intérieure 17 de l'enveloppe cylindrique. L'élément annulaire 14 comporte un rebord périphérique 18, dirigé vers le bas et s'emboîtant à l'intérieur du bord inférieur de la paroi 17, et ces trois éléments, c'est-à-dire les deux rebords 16 et 18 et le bord de la paroi17, peuventêtre réunis entre eux d'une manière
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appropriée, par exemple: par une soudure continue.
Le rebord vertical 16 comporte une portion coudée latéralement 20 et sert à supporter le bord inférieur'de l'enveloppe extérieure ou paroi 21 montée coaxialement autour de la paroi intérieure 17, le rebord 16 et le bord inférieur de la paroi 20 étant réunis par une soudure continue. Une feuille de matière isolante 22, ou analogue, est intercalée entre les parois intérieure et extérieure 17 et 21 et remplit sensi- blement l'intervalle qui les sépare.
Un élément de fermeture 23, en forme générale de cône ou de calotte, disposé à la partie supérieure de l'appareil de chauffage sous tonne de hotte à fumée et de couvercle de brûleur, comporte une portion cylindrique 24 dirigée vers le bas et coudée latéralement en dehors sous forme de bride 25 et il es t supporté et fixé par soudure sur le bord supérieur de la paroi extérieure 21 de l'enveloppe.
La partie supérieure de la paroi intérieure 17 de l'enveloppe pénètre à l'intérieur de la portion cylindrique 24 à laquelle elle est soudée par une soudure continue (fig.2). Un élément annulaire circulaire 26, qui s'emboîte dans la partie supé- rieure de la paroi intérieure 17 de l'enveloppe, est de tonne générale conique et comporte un rebord vertical 27 dirigé versle haut et soudé sur la paroi 17 et un bord vertical 28, dirigé vers le bas, sur lequel la partie supérieure de la chambre de combustion intérieure et de l'ensemble de l'échangeur de chaleur Il est fixée de la manière décrite ci-après.
La hotte 23 est percée d'un trou central 30 dans lequel est monté un brûleur à huile ordinaire qui comporte un tuyau d'arrivée d'air 51 dirigé vers le bas e't dans lequel rasse le tuyau d'arrivée d'huile 52 qui ..mené le combustible dans la buse 33 du brûleur. Une cheminée habituelle 34 est prévue pour évacuer de l'appureil les produits de la combus-
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tion.
La chambre de combustion intérieure et l'ensemble
11 de l'échangeur de chaleur (figs. 1 et 2) se composent , de deux parties principales, à savoir: une boîte à feu ou chambre de combustion intérieure 40 et un ensemble d'échan- geur de chaleur supérieur 41. La chambrede combustion 40 a la forme d'une enveloppe cylindrique ou paroi 42 dont le bord inférieur s'emboîte concentriquement dans le rebord vertical 15 sur lequel il est soudé, et repose sur la région périphérique du socle réfractaire 13.
La cavité intérieure
43 de l'enveloppe 52 constitue la chambre de combustion montée coaxialement à l'extrémité inférieure ouverte du tuyau d'arrivée d'air 31 et en face de cette extrémité, en formant ainsi une chambre du type rentrant puisqu'elle est entièrement fermée, sauf à l'extrémité où arrivent le combustible et l'air. Ce type de chambre de combustion est extrêmement avantageux, étant donné qu'une forte turbulence peut être maintenue dans la boîte à feu, pour assurer une combustion complète, tandis qu'en même temps, une action de balayage s'exerce sur la surface de la paroi intérieure de la chambre, en améliorant ainsi les caractéristiques d'é- change. de chaleur ainsi qu'il est décrit ci-après.
L'ensemble de l'échangeur de chaleur 41 est supporté par le bord supérieur de la paroi 42 de la chambre de com- , bustion et il a la forme d'une structure cellulaire, en. acier qui comporte une série de cellules creuses, relativement plates, de forme générale trapézoïdale, disposées radiale- ment entre la région centrale et la région périphérique de l' enveloppe 10, la petite base de chaque trapèze étant en position verticale nettement à l'intérieur de l'enveloppe. tandis que sa grande base est dr.ns une position verticale au voisina de la paroi de l'enveloppe cylindrique.
Des
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cellules radiales 44, (figs. 2 .et 5) sont ouvertes de deux en deux, à l'intérieur et vers ,le bas, et communiquent avec la phase gazeuse de la chambre de combustion, et les cellu- les intermédiaires 45 sont ouvertes de deux à deux à l'ex- térieur et communiquent avec 1& double enveloppe remplie d'eau 58 de l'appareil de chauffage, à l'extérieur de la paroi 42 de la chambre de combustion. Les cellules 44 sont aussi ouvertes à l'intérieur et vers le haut et commu- niquent avec la chambre annulaire de sortie 46 formée par la hotte 23, l'élévent annulaire 26 et le tuyau d'arrivée d'air
31 et qui, de son cô.té, communique avec la cheminée 54.
La structure cellulaire décrite brièvement ci-dessus se compose (fig. 4 à 7) de plusieurs éléments 47 en foire de caisson dont l'un est représenté en élévation vue en bout sur la fig. 4 et qui est formé par deux tôles métalliques embouties, en cents et, 48, de forme identique, et soudées l'une sur l'autre d'une manière appropriée décrite ci-après.
Chaque tôle emboutie a la forme d'une cuvette relativement peu profonde qui, en élévation- de face (fig. 5) comporte . une paroi 49 de forme trapézoïdale d'où. partent latéralement, le long de ses bords convergents, deux parois de forme générale triangulaire 50.
Une paroi51 de courte longueur part latsraler.ent le long du petit coté de la paroi trapé .,.. zoidale 49 et se réunit aux parois adjacentes 50 (fig.4). Les portions des bords extérieurs des trois parois 50 et 51 sont coudées en dehors de façon à former une bride d'attaché continue 52 sur les trois côtés de la tôle emboutie, soudée par résistance pour former un joint continu sur la bride d'attaché correspondante d'une tôle emboutie correspondante 48, lorsqu'on asmemble les deux tôles embouties pour tonner l'élément en caisson 47. Le long côté de la paroi trapézoidale 49 est 'coudé latéralement en formant une bride 53 en sens inverse de la direction des parois 50 et 51,
et la bride ainsi formée estcoudée vers l'extérieur de façon à former
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une bride radiale 54 de 1''ensemble de l'échangeur de chaleur soudée sur une bride correspondante, semblable, d'un élément adjacent 47 lorsqu'on assemble plusieurs éléments pour former l'échangeur de chaleur couplet. La paroi trapézoïdale 49 comporte une série de dépressions profondes décalées 55, hémi-sphériques, qui ferment une série d'éléments d'écar- tement de renforcenent et de saillies 56 d'échange de cha- leur sur la face extérieure de l'élément en forme de cuvette,
Le petit côté de la paroi 49 comporte aussi une dépresssion allongée 57 à peu près de la même longueur que ce côté.
La nature et le rôle de ces diverses saillies sont décrits ci-après.
Pour assembler chacun des éléments 47, on applique deux tôles embouties 48 en forme de cuvette l'une contre l'autre, de façon à faire coïncider les extrémités profondes et peu profondes respectives des éléments et on soude par une soudure continue les brides angulaires continues 52 des deux tôles embouties, le long des deux côtés inclinés et des petits côtés de ces tôles, On obtient 'ainsi l'élément en forme de caisson 47 de la fig.
4, qui, une fois assemblé avec d'autres éléments semblables pour former l'échangeur de chaleur 41, prend une position ver- ticale radiale et comporte une extrémité extérieure ouverte relativement épaisse communiquant avec l'espace annulaire ou double enveloppe d'eau 58 entre la paroi 22 de l'enveloppe et l'enveloppe cylindrique extérieure 11 de la chambre de combustion. L'élément 47 comporte aussi une extrémité inté- rieure relativement peu épaisse, fermée par les parois de courte longueur en contact 51, ainsi que par les parois inclinées supérieure et inférieure formées par les parois en contact 50.
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On assemble les divers ensembles composites 47 en disposition rayonnante, pour former l'échangeur de chaleur
41 (figs. 2 et 3) et, une fois ces ensembles assemblés, les sommets des saillies adjacentes 56 des deux parois ,opposées ou adjacentes 49, sont en contact.ponctuel entre eux, de sorte que les parois oppo.sée.s 49 des .éléments ad- jacents 47 sont maintenues espacées .et parallèles, tandis qu'en même temps les plans médians des divers éléments de section décroissante convergent vers!l'axe central de l'é- chaneur de chaleur 41.
Les éléments ou ensembles composites 47 sont réunis entre eux en quelque sorte à leurs angles aigus supérieurs et inférieurs par des éléments annulaires respectifs circulaires supérieur et inférieur'60 et 61, dont le premier est soudé sur le rebord.dirigé vers le bas 28 de l'élément annulaire
26 et le second sur le bord supérieur de la paroi 42 de la chambre de combustion.
Les éléments annulaires 60 et 61 sont soudés (fig.5) sur les extrémités des brides 52 et 54 des parties supérieure et inférieure respectives de la structure, 'par des soudures évidemment continues de façon à séparer l'une de l'autre les phases gazeuse et aqueuse du dispositifs
La phase aqueuse (fig. 1) de l'appareil est fournie par un tuyau d'amenée d'eau 62 voisin du fond de l'enveloppe
21 et elle sort par un tuyau de sortie d'eau 63 voisin de l'extrémité supérieure de cette enveloppe. Les tuyaux 62 et
63 traversent complètement les parois intérieure et extérieure respectives 17 et 21 ainsique la couche isolante 22 et commu- niquent avec l'espace annulaire 58.
Il ressort de la description qui précède que,lorsque l'appareil de chauffage à eau chaude fonctionne, la chambre de combustion du type rentrant utilisée a pour effet de projeter des portions du combustible et des gaz de la combustion sous tome de jet dirigé au centre dans lamasse
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gazeuse contenue dans la chambre de combustion, ce jet frappant le fond de cette chambre, c'est-à-dire lé socle réfractaire 13, et, par suite, s'étalant radialement vers l'extérieur en mouvement tourbillonnant dans les zones extérieures de le chambre, puis en remontant de façon à exercer une forte action de "balayage" sur la surface intérieure de la chambre de combustion @ en transmettant,
à travers-la paroi 42 une grande quantité de chaleur à la masse annulaire d'eau contenue dans l'espace 58. Les gaz chauds @ continuent à monter et arrivent dans les diverses chambres ou cellules étroites, mais allongées 44, et, en passant de bas en haut dans ces cellules, ils sont freinée dans une certaine mesure par les saillies 56 qui sont décalées 'de façon à exercer une action de balayage naximum à la manière d'une série de chicanes, en transmettant ainsi une quantité de chaleur maximum par ces saillies. En sortant des cellules
44, les gaz s'élèvent et arrivent dans la chambre de forme générale conique 64 située immédiatement au-dessous de l'élément annulaire 26 dans la phase gazeuse, puis ils - montent en passant dans cet élément 26 et dans la chambre annulaire 46 et arrivent dans la cheminée 34.
L'eau de la phase aqueuse de l'appareil,de chauffage arrive dans l'espace annulaire 58 au voisinage du fond inférieur de l'enveloppe 21, par le tuyau 62 et elle entoure la chambre de combustion; elle s'écoule de bas en haut et se répartit dans les diverses cellules radiales 45 qu'elle traverse de bes en bout en absorbant en même temps de la cha- leur à travers les parois 49 et par leurs port ions bombées 55.
Finalement, l'eau sort de l'appareil à la partie supérieure et s'écoule au dehors par le tuyau 63 à sa température maxi- mum .
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Il ressort'de la description qui précède qu'on obtient une surface de transmission de chaleur de très grande étendue
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entre les phases t!¯lZeUl3e et aqueuse de l'appareil de chauf- fage, Cette surface comprend non seulement la paroi 42 de la chambre de combustion et les surfaces des parois latérales 49 relativement larges, mais encore les surfaces des extré- mités étroites 51 et les srrfaces des parois inclinées supé- rieure et inférieure 50 (fig.4).